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粗糙度参数与焊锡接点应力的关系

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1、粗糙度参数与焊锡接点应力的关系研究Mi摘要研究表明，在钎焊过程中，在焊料与铜焊盘界面处会形成一层薄的金属间化合物Cu6Sn5。以Sn3.0Ag0.5Cu无铅焊料与Cu焊盘界面处的金属间化合物为研究对象，引入描述粗糙度的三个参数入、 H、D，研究金属间化合物层粗糙度参数与焊锡接点应力的关系。关键词：粗糙度，IMC引言焊锡接点是封装之间传递电信号的媒介，同时还起到机械连接和支撑的作用，其破坏将直接导致电子产品失效。金属间化合物(IMC )的形成是形成机械连接的基础，而其在钎焊和服役过程中的演化又会影响焊点的可靠性，因此，研究IMC的粗糙度影响就显得尤为重要。、IMC粗糙度对焊锡接点应力的影响表面粗糙度，是指加工表面具有较小间距和微小峰谷不平度，两波峰与波谷之间的距离很小，用肉眼是难以区别的，因此它属于微观集合形状误差。如图 1所示，表面粗糙度越小，则表面越光滑。表面粗糙度的大小对于接触界面的性能有很大的影响。焊料与铜焊盘在焊接过程中界面处的CU6Sn5呈扇贝形向液态的焊料中生长，导致了 IMC与焊料边界的粗糙形貌，如图 2所示。图1粗糙度的参数表征CuCueSn5Sn3.0Ag

2、0.5Cu图2 IMC层的结构示意图采用ANSYS有限元计算软件，建立焊料与铜焊盘焊接界面模型，采用PLANE42单元，材料参数如表1，模型下边界施加 Y向位移约束，下边界中间节点施加全约束，模型受拉，上边界施加 Y向0.002mm的位移载荷。采用单因子变量， =0.007mm，H=0.003mm，D=0.002mm，粗糙度参数如下表2。分别计算粗糙度三个参数2与焊锡接点最大Von-Mises应力的影响，结果如图3、图4、图5所示。焊锡接点最大 Von-Mises应力位置如图6所示。表1材料参数材料CuIMC (Cu6Sn5)焊料(Sn3.0Ag0.5Cu)国家自然科学基金项目(10972012)E (MPa)1.1e58.6e45.4e40.350.250.36165-(mm)0.0070.008750.010.0140.0175H(mm)0.00150.0020.00250.0030.0035D(mm)0.0040.00450.0050.00550.006165.0164.5164.0163.5163.0162.5162.0161.5表2粗糙度参数1641631621611601

3、59(mm)158 _ -0.0060.00150.00200.0025H(mm)0.0030Aja PMC exLS se fcHM n o0.0035图3 与最大Von-Mises应力的关系图4 H与最大 Von-Mises应力的关系165.2MlssetLS sefcH M nov165.0 .164.8 .164.6 .164.4 .164.2 _164.0 _163.8 _l0.00400.00450.00500.00550.0060D(mm)图6 IMC层最大 Von-Mises应力图5 D与最大 Von-Mises应力的关系E (MPa)1.1e58.6e45.4e4E (MPa)1.1e58.6e45.4e4三、结论研究结果表明粗糙度参数中入与D的增加导致IMC层最大Von-Mises应力减小,而H的增大导致了 IMC层最大Von-Mises应力增大；在上述所模拟中的应力云图中，最大Von-Mises全部都发生在IMC层边缘，因此可以判断出试件拉伸的大致开裂位置。参考文献1 Che F.X, Pang J.H, Xu L.H. IMC consideration in FEA simulation for PB-free solders joint reliability. Proc 10th Intersociety Conference on Thermal and Thermo-mechanical Phenomena in Electronics Systems 2006, pp. 1018-10232王玉田，韩向春.表面粗糙度的表征参数及其与表面功能特性的关系.东北重型机械学院学报,1983; 4: 4957

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